Pt100温度传感器是系统中非常常见的传感器
目录
随着这篇文章越来越长，下面是一个目录，可以帮助您查看包含的内容：
- RTD传感器
- PRT传感器
- PRT与热电偶
- 测量RTD/PRT传感器
- 测量电流
- 自热
- PRT传感器的不同机械结构
- SPRT
- 部分支撑PRT
- 工业铂电阻温度计
- 电影
- 其他RTD传感器
- 其他铂传感器
- 其他RTD传感器
- Pt100传感器
- 温度系数
- Pt100（385）温度电阻关系
- 具有不同温度系数的其他Pt100传感器
- 确保测量设备支持Pt100传感器
- Pt100精度(公差)等级
- 系数
- 卡伦达·范杜森
- ITS-90
- 斯坦哈特
- 其他与“温度”相关的博客文章
- Beamex温度校准产品新利18赌博
对于术语二者都“传感器”和“探测”话都是常用的，在这篇文章中我主要用“sensor”。
还有，人们写作“装Pt100”和“Pt-100”，我将主要使用Pt100格式。(是的，我知道IEC / DIN 60751使用Pt-100格式，但我很习惯Pt100格式)。
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RTD温度传感器
由于Pt100是一个RTD传感器，我们首先来看看什么是RTD传感器。
缩写电阻式温度检测器来自“电阻温度检测器。“因此，它是一个电阻取决于温度的温度传感器；当温度变化时，传感器的电阻也会变化。因此，通过测量RTD传感器的电阻，可以使用RTD传感器测量温度。
RTD传感器通常由铂、铜、镍合金或各种金属氧化物制成。Pt100是最常见的RTD传感器/探头之一。
PRT温度传感器
铂金是RTD传感器最常见的材料。铂具有可靠、可重复和线性的温度电阻关系。铂制成的RTD传感器称为PRT, “铂电阻温度计。“流程工业中最常用的铂PRT传感器是Pt100传感器名称中的数字“100”表示is在0°C（32°F）温度下的电阻为100欧姆。稍后将提供更多详细信息。
PRT与热电偶
在之前的一篇博客文章中，我们讨论了热电偶。热电偶在许多工业应用中也用作温度传感器。那么，热电偶和PRT传感器之间的区别是什么？以下是热电偶和PRT传感器之间的简短比较：
热电偶式温度计:
- 可以用来测量更高温度吗
- 非常健壮
- 廉价的
- 自供电，不需要外部励磁
- 不太准确
- 需要冷结补偿
- 延长线必须采用适用于热电偶类型的材料，并且必须注意测量电路中所有接头的温度均匀性
- 导线中的不均匀性可能会导致意外错误
PRTs:
- 比热电偶更精确、线性和稳定
- 不需要像热电偶那样进行冷端补偿
- 延长线可以是铜线
- 比热电偶更贵
- 需要适合传感器类型的已知励磁电流
- 更脆弱
简而言之，您可以说热电偶更适合于高温申请和prt的申请需要更好的精度.
更多关于热电偶和冷结补偿的信息可以在这篇较早的博客文章中找到:
测量RTD/PRT传感器
由于RTD传感器的电阻随温度变化而变化，因此很明显，在测量RTD传感器时，需要测量电阻。您可以测量电阻（单位：欧姆），然后根据所用RTD类型的转换表（或公式）将其手动转换为温度测量值。
现在，最常见的情况是，当在设备中选择正确的RTD类型（假设它支持所使用的RTD类型）时，使用温度测量设备或校准器自动将测量的电阻转换为温度读数。当然，如果设备中选择了错误的RTD传感器类型，将导致错误的温度测量结果。
测量电阻有不同的方法。你可以使用2、3或4线连接.2线连接仅适用于非常低精度的测量（主要是故障排除），因为任何线电阻或连接电阻都会给测量带来误差。任何正常过程测量都应使用3线或4线测量。
例如，IEC 60751标准规定，任何精度高于B级的传感器必须采用3线或4线测量。本文后面将详细介绍精度类。
只要记住使用3线或4线测量，就可以了。
确保对于某些高阻抗热敏电阻、Pt1000传感器或其他高阻抗传感器，双线测量引起的附加误差可能不会太大。
有关2线、3线和4线电阻测量的更多信息，请参见以下博客链接：
测量电流
正如上面链接的博客文章中更详细地解释的，当一个设备测量电阻时，它会通过电阻发送一个小的精确电流，然后测量其上产生的电压降。然后，根据欧姆定律（R=U/I），通过将压降除以电流来计算电阻。
如果你对欧姆定律更详细的信息感兴趣，请查看这篇博文:
自热
当测量电流通过RTD传感器时，也会使RTD传感器稍微预热。这种现象被称为自热.测量电流越大，开启时间越长，传感器的预热程度越高。此外，传感器的结构及其对周围环境的热阻将对自加热产生很大影响。很明显，温度传感器中的这种自加热将导致较小的测量误差。
测量Pt100传感器时，测量电流的最大值通常为1 mA，但可低至100µa或更低。根据标准（如IEC 60751），自加热不得超过传感器公差规格的25%。
PRT传感器的不同机械结构
PRT传感器通常是非常精密的仪器，不幸的是，精度几乎毫无例外地与机械稳健性成反比. 作为一个精确的温度计，元件内的铂丝应能够随着温度的变化而尽可能自由地收缩和膨胀，以避免应变和变形。缺点是这种传感器对机械冲击和振动非常敏感。
标准铂电阻温度计（SPRT）
更准确标准铂电阻温度计（SPRT）传感器是实现固定点之间ITS-90温度标度的仪器。它们由非常纯的材料制成（α=3926 x 10-3摄氏度-1)铂和金属丝支架的设计旨在尽可能保持金属丝无应变。国际计量局（BIPM）发布的“ITS-90实现指南”定义了SPRT传感器必须满足的标准。其他传感器不是也不应称为SPRT。有玻璃、石英和金属护套传感器，可用于不同的应用。SPRT对任何类型的加速度都极为敏感，例如最小的冲击和振动，这限制了SPRT在实验室以最高精度测量的使用。
部分支撑PRT
部分支撑的PRT是温度计性能和机械稳健性之间的折衷。最精确的通常称为二级标准或辅助参考传感器。这些传感器可能采用某些结构
工业铂电阻温度计
当增加导线支撑时，机械稳健性增加，但与漂移和滞后问题相关的应变也会增加。这些传感器被称为工业铂电阻温度计.完全支撑的IPRT具有更大的导线支撑，并且在机械上非常坚固。导线完全封装在陶瓷或玻璃中，使其非常不易受到振动和机械冲击。缺点是长期稳定性差，滞后性大，因为传感铂与具有不同结构的基板相结合热膨胀特性。
电影
电影PRT近年来已经发展了很多，现在已经有了更好的PRT。它们可以以多种形式用于不同的应用程序。将铂箔溅射到选定的基片上，元件的电阻经常被激光修整到所需的电阻值，并最终封装以进行保护。与电线元件不同的是，薄膜元件对制造过程的自动化更加友好，这使得它们通常比电线元件更便宜。除了薄膜元件的时间常数通常很低，这意味着它们对温度变化的反应非常快之外，其优点和缺点通常与完全支持的导线元件相同。如前所述，一些制造商已经开发出将性能和健壮性更好地结合在一起的技术。
其他RTD传感器
其他铂传感器
尽管Pt100是最常见的铂RTD/PRT传感器，但还有其他几种传感器，如Pt25、Pt50、Pt200、Pt500和Pt1000。这些传感器之间的主要区别很容易猜测，即传感器名称中提到的0°C时的电阻。例如，Pt1000传感器具有
其他RTD传感器
尽管铂传感器是最常见的RTD传感器，但也有其他材料制成的传感器，包括镍、镍铁和铜传感器。常见的镍传感器包括Ni100和Ni120、镍铁传感器Ni Fe 604欧姆和铜传感器Cu10。这些材料在某些应用中各有其优点。与贵金属铂相比，这些材料的共同缺点是温度范围较窄，易受腐蚀。
RTD传感器也可以用金、银、钨、铑铁或锗等其他材料制成。它们在某些应用中表现出色，但在正常的工业操作中却非常罕见。
由于RTD传感器的电阻取决于温度，我们还可以将所有通用PTC（正温度系数）和NTC（负温度系数）传感器包括在这一类别中。例如用于测量温度的热敏电阻和半导体。NTC类型尤其常用于测量温度。
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Pt100传感器
温度系数
过程工业中最常见的RTD传感器是Pt100传感器，其电阻为100欧姆在0°C（32华氏度）。
使用相同的逻辑命名约定，Pt200传感器在0°C（32°F）下的电阻为200欧姆，Pt1000的电阻为1000欧姆。
Pt100传感器(以及其他Pt传感器)在较高温度下的电阻取决于Pt100传感器的版本，因为Pt100传感器有几个不同的版本，它们的温度系数略有不同。在全球范围内，最常见的是“385”版本。如果没有提到这个系数，它通常是385。
Pt100传感器的温度系数(希腊符号Alpha => α)表示为100℃时电阻与0℃时电阻之差除以0℃时电阻与100℃的乘积。
这个公式非常简单，但在编写时听起来确实有点复杂，所以让我们把它看作一个公式：
让我们看一个例子，以确保这一点是清楚的:
Pt100在0°C时的电阻为100.00欧姆，在100°C时的电阻为138.51欧姆。可通过以下公式计算温度系数：
我们得到的结果为0.003851/°C。
或者像人们常说的那样：3.851 x 10-3摄氏度-1
这通常被称为“385”Pt100传感器并四舍五入。
这也是标准IEC 60751:2008中规定的温度系数。
传感器元件的温度系数主要取决于用于制造导线的铂的纯度。铂纯度越高，α值越高。如今，这已经不是一个问题了
α值从熔点降低的时间开始下降(≈0°C）和沸点(≈使用100°C）的水作为参考温度
“385”传感器的典型ρ值为1.115817，SPRT的典型ρ值为1.11814。实际上，在许多情况下，良好的旧阿尔法是最方便的，但
Pt100（385）温度电阻关系
在下图中，你可以看到Pt100(385)传感器的电阻如何依赖于温度:
当查看这些时，您可以看到Pt100传感器的电阻-温度关系不是完全线性的，但这种关系有些“弯曲”
下表显示了几个点的Pt100（385）温度与电阻数值：
具有不同温度系数的其他Pt100传感器
大多数传感器已经标准化，但世界各地有不同的标准。Pt100传感器也是如此。随着时间的推移，已经有一些不同的标准被指定。在大多数情况下，温度系数只有相对较小的差异。
作为一个实际例子，我们在Beamex温度校准器中实施的标准来自以下标准：
- IEC 60751
- DIN 43760
- ASTM E 1137
- JIS C1604-1989阿尔法3916，JIS C 1604-1997
- SAMA RC21-4-1966
- Goct 6651-84, gost 6651-94
- Minco表16-9
- 爱迪生曲线#7
确保测量设备支持Pt100传感器
标准Pt100探头的优点在于，每个传感器都应符合规格，您可以将其插入测量设备（或校准器）中，它将按照规格（传感器+测量设备）的定义准确测量自身温度。此外，过程中的传感器应在无需校准的情况下可互换，至少对于不太关键的测量。尽管如此，在使用前在已知温度下检查传感器仍然是一种良好的做法。
无论如何，由于不同标准对Pt100传感器的规格略有不同，因此用于测量Pt100传感器的设备必须支持正确的传感器（温度系数）。例如，如果您的测量设备仅支持Alpha 385，并且您使用的传感器带有Alpha 391，则测量中会出现一些错误。这个错误严重吗？在这种情况下（385对391），100°C时的误差大约为1.5°C。因此，我认为这是非常重要的。当然，温度系数之间的差值越小，误差就越小。
因此，请确保您的RTD测量设备支持您正在使用的Pt100探头。通常情况下，如果Pt100没有温度系数指示，则为385传感器。
作为一个实际示例，Beamex MC6校准器和通信器支持以下基于不同标准的Pt100传感器（括号中的温度系数）：
- Pt100（375）
- Pt100（385）
- 装Pt100 (389)
- 装Pt100 (391)
- Pt100（3926）
- Pt100（3923）
Pt100精度(公差)等级
Pt100传感器具有不同的精度等级。最常见的精度等级是AA、A、B和C在IEC 60751标准中定义。标准为制造商定义了一种理想的Pt100传感器。如果有可能建立一个理想的传感器，公差级别将是无关紧要的。
由于Pt100传感器无法调整以补偿误差，因此应购买适用于该应用的精度合适的传感器。传感器误差可以在某些具有特定系数的测量设备中进行校正，但稍后会进行更多的校正。
不同精度等级的精度（根据IEC 60751:2008）：
还有所谓的1/3 DIN和1/10 DIN Pt100口语精度等级。它们是标准的课程，例如，DIN 43760:1980-10，被取消了
当然，传感器制造商可以制造具有自己定制精度级别的传感器。IEC 60751标准第5.1.4节定义了这些特殊公差级别应该如何表示。
这些公式可能难以与之进行比较，下表中的精度等级以温度（°C）计算：
.jpg?width=1200&name=Pt100%20accuracy%20classes%20table%20(decimal%20points).jpg)
这里值得注意的一点是，即使“1/10 DIN”在0°C时的0.03°C低公差听起来很吸引人，但它实际上仅在-40…+40°C的窄范围内优于A级。
下图显示了这些精度等级之间的差异:
系数
精度等级通常用于工业RTD传感器，但当涉及到最精确的PRT参考传感器(SPRT，二级标准…)，这些精度等级不再有效。为了达到这一目的，这些传感器被制造得尽可能像温度计一样好，而不是匹配任何标准曲线。它们是非常精确的传感器，具有非常好的长期稳定性和非常低的迟滞，但这些传感器是独立的，所以每个传感器有稍微不同的温度/电阻关系。如果不使用每个传感器的单独系数，就不应该使用这些传感器。您甚至可以为SPRT找到一般的CvD系数，但这将破坏您已经付出的性能。如果代入a
因此，这些传感器必须始终使用适当的系数。
如前所述，RTD传感器无法“调整”以正确测量。因此，需要在用于测量RTD传感器的设备（如温度校准器）中进行校正。
为了求出这些系数，首先要对传感器进行非常精确的校准。然后，从标定结果中得到所需方程的系数，可以拟合出传感器的特性电阻/温度关系。利用这些系数可以对传感器的测量进行修正，使其测量非常准确。有几个不同的方程和系数来计算传感器的温度电阻。这些可能是最普遍的:
卡伦达·范杜森
- 在19世纪末th世纪时，Callendar引入了一个简单的二次方程来描述铂的电阻/温度行为。后来，范杜森发现，在零以下需要一个额外的系数。这就是所谓的卡伦德-范杜森方程，CvD。对于alpha 385传感器，它通常和ITS-90一样好，特别是当温度范围不是很宽的时候。如果你的证书表明系数R0，A，B，C，它们是IEC 60751标准形式CvD方程的系数。系数C仅在0°C以下使用，因此如果传感器未在0°C以下校准，则可能不存在系数C。系数也可能为R0, α, δ
和 β. 合身来 CvD方程的历史使用形式，目前仍在使用。无论本质上是相同的方程，它们的书面形式和系数都是不同的。
ITS-90
- ITS-90是一个温标，不是标准。Callendar-van Dusen方程是1927年、1948年和1968年以前的比例尺的基础，但ITS-90带来了显著不同的数学。当使用SRPT实现温度标度时，必须使用ITS-90功能，但与CvD相比，许多较低的alpha PRT也从中受益，特别是当温度范围较宽（数百度）时。如果您的证书声明系数如RTPW或R（0,01）、a4、b4、a7、b7、c7，则它们是ITS-90偏差函数的系数。ITS-90文件没有为系数或子范围指定数字符号。它们在NIST技术说明1265“实现1990年国际温标的指南”中提出，并被广泛采用。系数的数量可能不同，子范围编号为1…11。
- RTPW，R（0,01°C）或R（273,16 K）是传感器在0,01°C水三相点处的电阻
- a4和b4是低于零的系数，也可以是
A. bz 和B bz 意思是“零度以下”，或者只是a和b - a7、b7、c7是大于零的系数，也可以是
A. 阿兹 B阿兹和 C 阿兹 意思是“高于零”，或a、b和c
斯坦哈特
- 在你的情况下，你可能有一个热敏电阻的系数。热敏电阻是高度非线性的，方程是对数的。斯坦哈特-哈特方程已广泛取代了早期的贝塔方程。
通常 系数是A，B和 C、 但也可能有系数D或其他，取决于方程的变量。系数通常由制造商公布，但也可以进行拟合。
找出传感器系数
当Pt100传感器被送往实验室进行校准和装配时，必须正确选择校准点。始终需要0°C或0.01°C的温度点。安装时需要该值本身，但通常冰点（0°C）或水电池三相点（0.01°C）也用于监测传感器的稳定性，并在校准过程中测量数次。标定点的最小数量与应拟合的系数数量相同。例如，为了将ITS-90系数a4和b4拟合到零以下，需要至少两个已知的负校准点来解算这两个未知系数。如果传感器的行为为实验室所熟知，那么在这种情况下，两点可能就足够了。尽管如此，最好的做法是测量超过绝对必要的点，因为证书没有其他方法可以告诉传感器在校准点之间的行为。例如，如果只有两个或三个高于零的校准点，宽温度范围的CvD拟合可能看起来相当不错，但在校准点之间可能会有几百分之一度的系统残余误差，而你根本看不到。这也解释了为什么对于同一传感器和完全相同的校准点，CvD和ITS-90配件可能存在不同的校准不确定度。测量点的不确定度没有差异，但不同配件的残余误差通常会添加到总不确定度中。
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最后，谢谢
托尼 !
最后，我要特别感谢托尼·阿拉塔洛先生谁是我们在Beamex工厂认可的温度校准实验室的负责人。托尼为这篇博文提供了很多帮助和详细信息。
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